Fuentes de radiación óptica
Las fuentes de radiación óptica (en otras palabras, fuentes de luz) son muchos objetos naturales, así como dispositivos creados artificialmente en los que ciertos tipos de energía se convierten en energía. radiación electromagnética con una longitud de onda de 10 nm a 1 mm.
En la naturaleza, tales fuentes, que conocemos desde hace mucho tiempo, son: el sol, las estrellas, los rayos, etc. En cuanto a las fuentes artificiales, dependiendo de qué proceso conduce a la aparición de radiación, ya sea forzada o espontánea, es una posibilidad de seleccionar fuentes coherentes e incoherentes de radiación óptica.
Radiación coherente e incoherente
Láseres se refieren a fuentes de radiación óptica coherente. Su intensidad espectral es muy alta, la radiación se caracteriza por un alto grado de direccionalidad, se caracteriza por la monocromaticidad, es decir, la longitud de onda de dicha radiación es constante.
La mayoría de las fuentes de radiación óptica son fuentes incoherentes, cuya radiación es el resultado de la superposición de un gran número de ondas electromagnéticas emitidas por un grupo de muchos emisores elementales.
Las fuentes artificiales de radiación óptica incoherente se pueden clasificar según el tipo de radiación, según el tipo de energía convertida en radiación, según el método de conversión de esta energía en luz, según la finalidad de la fuente, según la pertenencia a un determinada parte del espectro (infrarrojo, visible o ultravioleta), según el tipo de construcción, la forma de uso, etc.
Parámetros de luz
La radiación óptica tiene sus propias características de luz o energía. Las características fotométricas incluyen: flujo radiante, flujo luminoso, intensidad de luz, brillo, luminancia, etc. Las fuentes de espectro continuo se distinguen por su brillo o temperatura de color.
A veces es importante conocer la iluminación producida por la fuente, o alguna característica no estándar, por ejemplo, el flujo de fotones. Las fuentes de pulso tienen una cierta duración y forma del pulso emisor.
La eficiencia luminosa, o eficiencia espectral, determina la eficiencia con la que la energía entregada a la fuente se convierte en luz. Las características técnicas, como la potencia y la energía de entrada, las dimensiones del cuerpo luminoso, la resistencia a la radiación, la distribución de la luz en el espacio y la vida útil, caracterizan las fuentes artificiales de radiación óptica.
Las fuentes de radiación óptica pueden ser térmicas con un cuerpo luminoso calentado en equilibrio en un estado condensado, así como luminiscentes con un cuerpo excitado no uniformemente en cualquier estado agregado. Un tipo especial son las fuentes de plasma, cuya naturaleza de la radiación depende de los parámetros del plasma y del intervalo espectral, y aquí la radiación puede ser térmica o luminiscente.
Las fuentes térmicas de radiación óptica se distinguen por un espectro continuo, sus características energéticas obedecen a las leyes de la radiación térmica, donde los principales parámetros son la temperatura y la emisividad de un cuerpo luminoso.
Con un factor de 1, la radiación es equivalente a la radiación de un cuerpo negro absoluto cerca del Sol con una temperatura de 6000 K. Las fuentes de calor artificial se calientan por corriente eléctrica o por la energía de una reacción de combustión química.
La llama al quemar una sustancia combustible gaseosa, líquida o sólida se caracteriza por un espectro continuo de radiación con una temperatura que alcanza los 3000 K debido a la presencia de micropartículas de filamento sólido. Si tales partículas están ausentes, el espectro será en bandas o lineal, típico de productos de combustión gaseosos o químicos introducidos intencionalmente en la llama para el análisis espectral.
Diseño y aplicación de fuentes de calor.
La pirotecnia de señalización o iluminación, como cohetes, fuegos artificiales, etc., contiene composiciones comprimidas que contienen sustancias combustibles con un comburente. Las fuentes de radiación infrarroja suelen ser cuerpos cerámicos o metálicos de varios tamaños y formas que son calentados por una llama o por combustión catalítica de gas.
Los emisores eléctricos del espectro infrarrojo tienen espirales de tungsteno o nicromo, calentados por el paso de una corriente a través de ellos y colocados en vainas resistentes al calor, o inmediatamente fabricados en forma de espirales, varillas, tiras, tubos, etc. — de metales refractarios y aleaciones, u otras composiciones: grafito, óxidos metálicos, carburos refractarios. Los emisores de este tipo se utilizan para la calefacción de espacios, en diversos estudios y en el tratamiento térmico industrial de materiales.
Para la espectroscopia infrarroja se utilizan emisores de referencia en forma de varillas, como Nernst pin y Globar, que se caracterizan por una dependencia estable de la emisividad con la temperatura en la parte infrarroja del espectro.
Las mediciones metrológicas involucran el estudio de emisiones de modelos absolutos de cuerpo negro donde la emisividad de equilibrio depende de la temperatura; Tal modelo es una cavidad calentada a temperaturas de hasta 3000 K, hecha de material refractario de cierta forma con una pequeña entrada.
Las lámparas incandescentes son las fuentes de radiación de calor más populares en el espectro visible en la actualidad. Se utilizan con fines de iluminación, señalización, en proyectores, proyectores, además, actúan como patrones en fotometría y pirometría.
Hay más de 500 tamaños estándar de lámparas incandescentes en el mercado hoy en día, que van desde lámparas en miniatura hasta potentes reflectores. El cuerpo del filamento generalmente se fabrica en forma de filamento de tungsteno o espiral y se encierra en un matraz de vidrio lleno de gas inerte o vacío. La vida útil de una lámpara de este tipo suele terminar cuando se quema el filamento.
Las lámparas incandescentes son halógenas, luego la bombilla se llena con xenón con la adición de yodo o compuestos de bromo volátiles, que proporcionan una transferencia inversa de tungsteno vaporizado desde la bombilla, de vuelta al cuerpo del filamento. Tales lámparas pueden durar hasta 2000 horas.
El filamento de tungsteno se monta aquí dentro de un tubo de cuarzo calentado para mantener el ciclo del halógeno. Estas lámparas funcionan en termografía y xerografía y se pueden encontrar en casi cualquier lugar donde sirvan lámparas incandescentes ordinarias.
En las lámparas de luz eléctrica, la fuente de radiación óptica es el electrodo, o más bien, la región incandescente del cátodo durante una descarga de arco en una bombilla de lámpara llena de argón o al aire libre.
Fuentes fluorescentes
En las fuentes luminiscentes de radiación óptica, los gases o fósforos son excitados por el flujo de fotones, electrones u otras partículas o por la acción directa de un campo eléctrico, que en estas circunstancias se convierten en fuentes de luz. El espectro de emisión y los parámetros ópticos están determinados por las propiedades de los fósforos, así como por la energía de excitación, la fuerza del campo eléctrico, etc.
Uno de los tipos más comunes de luminiscencia es la fotoluminiscencia, en la que el espectro de radiación de la fuente primaria se vuelve visible.La radiación ultravioleta de la descarga cae sobre la capa de fósforo, y el fósforo en estas condiciones emite luz visible y luz ultravioleta cercana.
Las lámparas de bajo consumo son simplemente lámparas fluorescentes compactas basadas en este efecto. Tal lámpara de 20 W da un flujo luminoso igual al flujo luminoso de una lámpara incandescente de 100 W.
Las pantallas de tubo de rayos catódicos son fuentes catodoluminiscentes de radiación óptica. La pantalla recubierta de fósforo es excitada por un haz de electrones que vuelan hacia ella.
Los LED utilizan el principio de electroluminiscencia de inyección en semiconductores. Estas fuentes de radiación óptica se fabrican como productos discretos con elementos ópticos. Se utilizan para indicación, señalización, iluminación.
La emisión óptica durante la radioluminiscencia es excitada por la acción de los isótopos en descomposición.
La quimioluminiscencia es la conversión en luz de la energía de las reacciones químicas (ver también tipos de luminiscencia).
Los destellos de luz en centelleadores excitados por partículas rápidas, radiación transitoria y radiación de Vavilov-Cherenkov se utilizan para detectar partículas cargadas en movimiento.
Plasma
Las fuentes de plasma de radiación óptica se distinguen por un espectro lineal o continuo, así como por características energéticas que dependen de la temperatura y la presión del plasma, que se producen en una descarga eléctrica o en otro método de producción de plasma.
Los parámetros de radiación varían en un amplio rango, dependiendo de la potencia de entrada y la composición de la sustancia (ver también lámparas de descarga de gas, plasma). Los parámetros están limitados por esta potencia y resistencia del material. Las fuentes de plasma pulsado tienen parámetros más altos que las continuas.